UFZ-Newsletter Dezember 2014

4 UFz-Newsletter | Dezember 2014 Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – UFZ wertvoller Partner für die eichen erwiesen. „Diese Art braucht zwar sechs bis acht Wo- chen, um eine Symbiose mit den Wurzeln zu etablieren“, sagt François Buscot. Dafür för- dert sie das Wachstum der eichen aber deut- lich stärker als andere Pilze, die sich schneller mit ihren Wurzelpartnern einig werden. Wie aber reguliert die eiche ihr erbgut, wenn sie eine solche Kooperation eingeht? Um das herauszufinden, haben die Forscher die Wurzeln ihrer in vitro herangezogenen eichen- Stecklinge mit dem Pilz beimpft und dann die RNA-Abschriften analysiert. So konnten sie im erbgut der Bäume mehr als 3000 Ab- schnitte identifizieren, in denen die mykorrhi- za die Aktivität der Gene beeinflusst. Betroffen sind zum Beispiel etliche erbinfor- mationen, die mit der pflanzlichen Vertei- digung zu tun haben. „Wenn der Baum auf einen geeigneten Pilzpartner trifft, erkennt er diesen als Freund“, erklärt François Buscot. „Dann werden sehr schnell Gene herunterre- guliert, die zur Abwehr von Feinden dienen“. So drosselt eine eiche mit ausgebildeter my- korrhiza die Produktion des enzyms Chitinase. Schließlich ist dieses Protein für den Abbau von stickstoffhaltigen zuckerbausteinen des Chitins zuständig, das bei Pilzen ein wichtiger Bestandteil der zellwände ist. Dem künftigen Kooperationspartner mit dieser Waffe zu Leibe zu rücken, wäre also ungünstig. Wenn die Symbiose erst einmal funktioniert, reguliert die eiche zudem auch eine ganze Reihe von Stoffwechsel-Genen herunter. Schließlich kann sie dann etliche Funktionen an ihren Partner delegieren und so jede men- ge energie sparen. mit speziellen Proteinen wie Hydrophobinen und Aquaporinen hilft der Pilz dem Baum zum Beispiel bei der Regulati- on seines Wasserhaushalts. Zwischen Südfrankreich und Finnland Im Labor haben die Forscher inzwischen eine ganze Reihe solcher Details entschlüsselt. Wie aber ticken die eichengemeinschaften im Freiland? Seit vier Jahren sind die Forscher daher dabei, ihre DF159-eichen entlang eines Klimagradienten in verschiedenen Regionen europas auszupflanzen. In Südfrankreich und im französischen Jura, in Polen, im Thüringer Wald und in Finnland wachsen ihre Schützlinge schon. Genauso wie nördlich von Leipzig und in der UFz-Versuchsstation Bad Lauchstädt. Vergleiche sollen nun zeigen, wie die Bäume und ihre mitbewohner auf die verschiedenen Böden und Klimabedingungen reagieren. Wie passen sie sich an die jeweiligen Herausfor- derungen an? Wie verändern sie dabei die Re- gulation ihrer Gene? Und wann wird ihnen der Stress zu viel, so dass sie Anzeichen von er- mationen eine eiche beim zusammenspiel mit ihren verschiedenen Partnern herauf oder herunter reguliert. pilze als partner François Buscot und Sylvie Herrmann inter- essieren sich besonders dafür, was in dieser Hinsicht bei der Bildung einer mykorrhiza vor sich geht. In solchen Kooperationen liefern Pilze den Baumwurzeln Wasser und Nährstoffe und lassen sich dafür mit zuckern bezahlen, die der Baum per Fotosynthese in seinen Blättern herstellt. Gerade der Safrangelbe Hautrindenpilz hat sich in den Versuchen der UFz-Forscher als besonders überhaupt enthält. Und genau da lag für die Forscher ein Problem. Denn bisher ist das erbgut der Stiel-eiche nicht vollständig ent- schlüsselt. „Wir mussten deshalb erst ein- mal eine Bibliothek von eichen-Genen erstel- len“, erklärt François Buscot. Darin haben die Forscher zunächst rund 70.000 Stücke des erbmaterials DNA mit durchschnittlich 1000 Bausteinen zusammengetragen. Als nächstes konnten sie dann analysieren, wel- che dieser bekannten erbinformationen in bestimmten Situationen abgelesen werden. Von aktiven Genen finden sich in der zelle nämlich Abschriften, die mRNA-moleküle. Deren Vorkommen verrät, welche erbinfor- DF159: EINE EIcHE AUF REIsEN Alles begann vor 35 Jahren in dem kleinen französischen Dorf Fontain, nahe Besançon im Osten Frankreichs. Das Holz der dort wachsenden eichenbäume war von solch außergewöhnlicher Qualität, dass es seinen Besitzern Rekorderlöse bescherte. Doch was machte die begehrten eigenschaften dieser Bäume aus? Wie kamen sie zustande, und finden sie sich auch bei ihren Nachkom- men wieder? Das interessierte damals einige Wissenschaftler der Station für Holz- qualität des INRA Nancy, weshalb sie 1979 im Rahmen eines Forschungsprojekts zahlreiche eicheln dieser Bäume sammelten und aussäten. Die Optimierung eines Gewebekulturverfahrens machte es Jahre später schließlich möglich, aus den jun- gen Bäumen genetisch identische Nachkommen zu erzeugen. So wurde im Juli 1986 auch der in vitro Klon des Baumes DF159 an der Universität Nancy (F) etabliert. Die junge Biologin Sylvie Herrmann hatte 1990 das Glück, ein exemplar an die Uni- versität Tübingen (D) übereignet zu bekommen, um mykorrhiza-Pilzstämme für das Forstamt Stuttgart zu testen. Von da an begleitete DF159 sie zu allen Stationen ihres Forscherinnenlebens: Von Tübingen über Braunschweig (1992) und Jena (1999) nach Leipzig (2002) und schließlich ans UFz nach Halle (2005). Hier testet sie mit ihrem Team nun u. a. die Auswirkungen des Klimawandels und setzt die Reise der eiche quer durch europa fort – 2013 nach Polen, 2014 nach Finnland. Demnächst sollen ihre eigenschaften sogar in Äthiopien getestet werden. Doch auch den Weg in ihre Heimat, an den Nordrand des französischen Jura, fand sie zurück. 2013 brachte Sylvie Herrmann einige Nachkommen „ihrer“ eiche nach Fontain zurück und machte damit viele Bewohner sehr stolz und glücklich. ein Nachkomme von DF159 schmückt seitdem auch den marktplatz der Gemeinde. (Foto: Sylvie Herrmann/UFz , Grafik: Chatsam, Lizenz: Creative Commons by-sa 3.0 de) Wappen der Gemeinde Fontain

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